JP2007087804A - Surface treatment method and surface-treating apparatus - Google Patents

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Kazuki Oki
和樹 大木
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和彦 古川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface treatment method and a surface-treating apparatus capable of reducing running costs and facility costs in the surface treatment method for repelling liquid in a base material to be treated by generating plasma under atmospheric pressure. <P>SOLUTION: The surface treatment method comprises a process for forming an electric field between a pair of opposing electrodes and generating plasma of treatment gas flowing in space in which the electric field is formed; and a surface treatment process for repelling liquid on the surface of the base material to be treated by plasma. The surface treatment process comprises surface treatment in first and second stages, and treatment gas used for the surface treatment in each stage comprises mutually different gas types or gas compositions. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、プラズマを用いて基材表面に撥液性を発現させるプラズマ表面処理方法に関し、さらに詳しくは、半導体素子や液晶表示素子などの各種デバイスの製造工程におけるプラズマを利用した表面処理方法および装置に関する。   The present invention relates to a plasma surface treatment method for developing liquid repellency on a substrate surface using plasma, and more specifically, a surface treatment method using plasma in manufacturing processes of various devices such as semiconductor elements and liquid crystal display elements, and the like. Relates to the device.

従来から、低圧条件下でグロー放電プラズマを発生させて、表面改質を行う表面処理方法が開示/実用化されている。これらの低圧条件下におけるプラズマ処理は、目的とする処理に応じた処理ガスに対して高電界を印加することにより、処理ガスをプラズマ状態にし、該プラズマ中に発生した活性種を用いて表面エネルギーを制御することにより基材表面を改質する表面処理方法である。しかし、該プラズマを発生させる圧力が低圧であるため前記活性種の密度が小さく処理速度が遅く、装置自体のスループットが低くなってしまうという課題があった。また、低圧環境を実現するための真空チャンバー、真空排気装置等が必須となること、それに伴い被処理基材を処理空間へと移送する手段が複雑化することなどにより、装置自体の価格も高価なものとなるため、結果として製品コスト上昇の一因となっていた。この問題点を解決する方法として、近年、大気圧近傍の圧力下でプラズマを発生させるプラズマ処理方法および装置が提案されてきており、比較的簡易な装置において均一性の高い処理が可能であることから、LCD、PDP、ELなどのフラットパネルディスプレイ分野への展開が試みられている。   2. Description of the Related Art Conventionally, surface treatment methods that perform surface modification by generating glow discharge plasma under low pressure conditions have been disclosed / practically used. In the plasma treatment under these low pressure conditions, a high electric field is applied to a treatment gas corresponding to a target treatment to bring the treatment gas into a plasma state, and surface energy is generated using active species generated in the plasma. Is a surface treatment method for modifying the surface of a substrate by controlling. However, since the pressure for generating the plasma is low, the density of the active species is small, the processing speed is low, and the throughput of the apparatus itself is lowered. In addition, a vacuum chamber and a vacuum exhaust device for realizing a low-pressure environment are indispensable, and along with this, the means for transferring the substrate to be processed to the processing space is complicated. As a result, it has contributed to an increase in product cost. In recent years, as a method for solving this problem, plasma processing methods and apparatuses for generating plasma under a pressure near atmospheric pressure have been proposed, and processing with high uniformity can be performed in a relatively simple apparatus. Therefore, attempts are being made to expand into flat panel display fields such as LCD, PDP and EL.

このような大気圧近傍の圧力下でのプラズマ表面処理により被処理基材表面を撥液化するプラズマ処理方法の一例として、従来から知られているプラズマ処理方法および装置について以下に簡単に説明する(例えば、特許文献1参照)。   As an example of a plasma processing method for repelling the surface of a substrate to be processed by such a plasma surface treatment under a pressure near atmospheric pressure, a conventionally known plasma processing method and apparatus will be briefly described below ( For example, see Patent Document 1).

図3は、従来のグロー放電プラズマ処理装置の一例である。このプラズマ処理装置では、直流電源111が接続された下部電極115上に固体誘電体116が設置されており、前記固体誘電体116と高電圧パルス電源(交流電源)110が接続された上部電極114の間の空間にグロー放電プラズマが発生する。全体を囲う容器112は、前記電極以外にガス導入口118および希釈ガス導入口119、ガス排出口120、121を備えており、処理ガスはガス導入口118から、希釈用ガスはガス導入口119より、それぞれ放電プラズマ発生空間113に供給される。また、当該特許文献1における表面処理方法は、一対の対向電極114,115を有し、当該電極の対向面の少なくとも一方に固体誘電体116が設置されている装置において、上記電極の一方に固体誘電体を設置した場合は固体誘電体と電極の間の空間、上記電極の双方に固体誘電体を設置した場合は固体誘電体同士の空間に被処理基材を設置し、当該空間中に発生する放電プラズマにより被処理基材表面を処理するものである。   FIG. 3 is an example of a conventional glow discharge plasma processing apparatus. In this plasma processing apparatus, a solid dielectric 116 is installed on a lower electrode 115 to which a DC power supply 111 is connected, and an upper electrode 114 to which the solid dielectric 116 and a high voltage pulse power supply (AC power supply) 110 are connected. Glow discharge plasma is generated in the space between. In addition to the electrodes, the surrounding vessel 112 includes a gas inlet 118, a dilution gas inlet 119, and gas outlets 120 and 121. The processing gas is supplied from the gas inlet 118, and the dilution gas is supplied from the gas inlet 119. Accordingly, they are respectively supplied to the discharge plasma generation space 113. Further, the surface treatment method in Patent Document 1 includes a pair of counter electrodes 114 and 115, and a solid dielectric 116 is installed on at least one of the counter surfaces of the electrodes. When a dielectric is installed, the substrate is placed in the space between the solid dielectric and the electrode, and when the solid dielectric is installed on both electrodes, the substrate is placed in the space between the solid dielectrics. The surface of the substrate to be treated is treated with the discharge plasma.

さらに、上記表面処理においては、放電プラズマ発生空間113に存在する気体(以下、処理ガスと記述する。)を選択することにより任意の表面処理が可能であり、例えば上記処理ガスとしてフッ素含有化合物ガスを用いることにより、被処理基材表面にフッ素含有基を形成させて表面エネルギーを低くし、撥液性表面が得られる。   Further, in the surface treatment, any surface treatment can be performed by selecting a gas (hereinafter referred to as a treatment gas) existing in the discharge plasma generation space 113, for example, a fluorine-containing compound gas as the treatment gas. By using, a fluorine-containing group is formed on the surface of the substrate to be treated, the surface energy is lowered, and a liquid repellent surface is obtained.

また、この従来の装置では、上記フッ素元素含有化合物として、安全上の観点からは、有害ガスであるフッ化水素を生成しない4フッ化炭素(CF4)、6フッ化プロピレン(CF3CFCF2)、8フッ化シクロブタン(C48)を用いることが好ましく、さらに経済性の観点からは、上記処理ガス単独雰囲気よりも、ヘリウム、アルゴン等の希ガス、窒素気体等の希釈ガスによって希釈された雰囲気中で処理を行うことが好ましいとされている。
特開平10−154598号公報
Further, in this conventional apparatus, from the viewpoint of safety, as the above-mentioned fluorine element-containing compound, carbon tetrafluoride (CF 4 ) or hexafluoropropylene (CF 3 CFCF 2 ) that does not generate harmful gas hydrogen fluoride. ), Cyclobutane octafluoride (C 4 F 8 ) is preferably used, and from the viewpoint of economy, it is diluted with a rare gas such as helium or argon, or a diluent gas such as nitrogen gas, rather than the above atmosphere alone. It is considered preferable to perform the treatment in a controlled atmosphere.
JP-A-10-154598

しかしながら、このような従来のプラズマ処理方法では、フッ素含有化合物ガスをある程度多く使用しないと十分な撥液効果が得られず、更なるランニングコストの削減が難しいという課題があった。さらに、フッ素含有化合物ガスを使用した場合には、近年の地球温暖化防止の観点から、使用量に係わらず処理済みガスを分解/除害処理する必要がある。したがって、フッ素含有化合物ガスを多く使用すればする程、分解/除害処理設備の負担が増大し、設備コストの増大を招いてしまう。   However, such a conventional plasma processing method has a problem that a sufficient liquid repellent effect cannot be obtained unless a large amount of fluorine-containing compound gas is used, and it is difficult to further reduce the running cost. Furthermore, when a fluorine-containing compound gas is used, it is necessary to decompose / detoxify the treated gas regardless of the amount used from the viewpoint of preventing global warming in recent years. Therefore, the more fluorine-containing compound gas is used, the more burden is placed on the decomposition / detoxification treatment equipment, resulting in an increase in equipment cost.

本発明は上記問題に鑑み、大気圧下でプラズマを生成し被処理基材を撥液化する表面処理方法において、ランニングコストや設備コストを低減できる表面処理方法と装置を提供するものである。   In view of the above problems, the present invention provides a surface treatment method and apparatus capable of reducing running costs and equipment costs in a surface treatment method for generating plasma under atmospheric pressure to make a substrate to be treated liquid repellent.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討/研究を行った結果、大気圧近傍条件下で安定した放電状態を実現できるプラズマ処理装置において、従来は1段階で実施されていたプラズマ表面処理を2段階に分割処理することにより、ランニングコストや設備コストを低減し、環境への悪影響をも緩和できる表面処理方法を見出し、本発明を完成させた。すなわち、プラズマ表面処理を2段階に分割処理することにより、処理ガス中のフッ素含有化合物ガスの必要使用量を低減し、処理ガスにかかるランニングコスト、また処理済みガスの分解/除害設備にかかる設備コストを低減することが可能となる。   As a result of intensive studies / researches to solve the above-mentioned problems, the present inventor has achieved plasma surface treatment that has been conventionally performed in one stage in a plasma processing apparatus that can realize a stable discharge state under conditions near atmospheric pressure. A surface treatment method that can reduce running costs and equipment costs and alleviate adverse effects on the environment has been found by dividing the process into two stages, and the present invention has been completed. That is, by dividing the plasma surface treatment into two stages, the required amount of fluorine-containing compound gas in the processing gas is reduced, the running cost of the processing gas, and the processing / decomposition equipment for the processed gas are applied. Equipment costs can be reduced.

つまり、本発明は、互いに対向する一対の電極間に電界を形成し、前記電界が形成される空間に流れる処理ガスをプラズマ化する工程と、該プラズマにより被処理基材表面を撥液化する表面処理工程とを含み、前記表面処理工程が第1および第2段階の表面処理から構成され、各段階の表面処理に用いられる処理ガスが互いに異なるガス種あるいはガス組成よりなることを特徴とする表面処理方法を提供するものである。   That is, the present invention provides a step of forming an electric field between a pair of electrodes facing each other, converting the processing gas flowing in the space in which the electric field is formed into plasma, and a surface that makes the surface of the substrate to be processed liquid-repellent by the plasma The surface treatment step is composed of first and second stage surface treatments, and the treatment gas used for the surface treatment of each stage is composed of different gas species or gas compositions. A processing method is provided.

前記表面処理工程が、大気圧近傍の圧力の下で行われてもよい。
第1段階の表面処理に用いられる処理ガスがヘリウムガスと窒素ガスからなり、第2段階の表面処理に用いられる処理ガスがヘリウムガスとフッ素含有化合物ガスからなってもよい。
第1段階の表面処理に用いられる処理ガスが窒素ガスを5体積%以上含み、第2段階の表面処理に用いられる処理ガスがフッ素含有化合物ガスを1体積%以上含んでもよい。
第1段階の表面処理は、被処理基材表面が直接プラズマに晒されるダイレクト方式により行われ、第2段階の表面処理は、被処理基材表面が直接プラズマに晒されないリモート方式により行われてもよい。
The surface treatment step may be performed under a pressure near atmospheric pressure.
The processing gas used for the first stage surface treatment may be composed of helium gas and nitrogen gas, and the processing gas used for the second stage surface treatment may be composed of helium gas and fluorine-containing compound gas.
The processing gas used for the first stage surface treatment may contain 5% by volume or more of nitrogen gas, and the processing gas used for the second stage surface treatment may contain 1% by volume or more of fluorine-containing compound gas.
The first stage surface treatment is performed by a direct method in which the surface of the substrate to be treated is directly exposed to plasma, and the second stage surface treatment is performed by a remote method in which the surface of the substrate to be treated is not directly exposed to plasma. Also good.

さらに、この発明は、別の観点から第1と第2の表面処理部を備え、各表面処理部は、互いに対向する一対の電極間に電界を形成し、前記電界が形成される空間に流れる処理ガスをプラズマ化し、該プラズマにより被処理基材表面を撥液化する表面処理部からなり、前記各表面処理部に導入される処理ガスが互いに異なるガス種あるいはガス組成よりなることを特徴とする表面処理装置を提供するものである。   Furthermore, this invention is provided with the 1st and 2nd surface treatment part from another viewpoint, each surface treatment part forms an electric field between a pair of electrodes which mutually oppose, and flows into the space in which the said electric field is formed It is characterized by comprising a surface treatment part for converting the treatment gas into plasma and lyophobizing the surface of the substrate to be treated by the plasma, and the treatment gas introduced into each of the surface treatment parts is composed of different gas species or gas compositions. A surface treatment apparatus is provided.

前記各表面処理部は、大気圧近傍の圧力の下で被処理基材表面を撥液化してもよい。
第1の表面処理部に用いられる処理ガスがヘリウムガスと窒素ガスからなり、第2の表面処理部に用いられる処理ガスがヘリウムガスとフッ素含有化合物ガスからなってもよい。
第1の表面処理部は、被処理基材表面が直接プラズマに晒されるダイレクト方式を採用し、第2の表面処理部は、被処理基材表面が直接プラズマに晒されないリモート方式を採用してもよい。
Each of the surface treatment units may make the surface of the substrate to be treated liquid repellent under a pressure near atmospheric pressure.
The processing gas used for the first surface processing unit may be composed of helium gas and nitrogen gas, and the processing gas used for the second surface processing unit may be composed of helium gas and fluorine-containing compound gas.
The first surface treatment unit employs a direct method in which the surface of the substrate to be treated is directly exposed to plasma, and the second surface treatment unit employs a remote method in which the surface of the substrate to be treated is not directly exposed to plasma. Also good.

本発明の表面処理方法および装置によれば、処理ガス中に含まれる化合物ガスの必要使用量を低減することができるため、撥液化処理にかかるランニングコスト、また処理済みガスの分解/除害設備にかかる設備コストを低減することが可能となり、半導体素子、液晶表示素子などの各種デバイス製造工程の低コスト化に寄与することができる。   According to the surface treatment method and apparatus of the present invention, the required amount of compound gas contained in the treatment gas can be reduced, so that the running cost for the lyophobic treatment and the decomposition / detoxification equipment for the treated gas are achieved. It is possible to reduce the equipment cost required for the manufacturing process and contribute to the cost reduction of various device manufacturing processes such as semiconductor elements and liquid crystal display elements.

以下、本発明にかかる表面処理方法について詳細に説明するが、まず表面処理装置の構造、および表面処理方法の基本処理手順について説明した後、具体的な実施例について説明することとする。なお、本発明は本実施例の説明に用いた電極構造以外の電極構造を有するプラズマ処理装置においても有効であり、本実施例に用いた表面処理装置のみに限定されるものではない。   Hereinafter, the surface treatment method according to the present invention will be described in detail. First, the structure of the surface treatment apparatus and the basic treatment procedure of the surface treatment method will be described, and then specific examples will be described. The present invention is also effective in a plasma processing apparatus having an electrode structure other than the electrode structure used in the description of the present embodiment, and is not limited to the surface treatment apparatus used in the present embodiment.

まず、本発明にかかる表面処理方法を実現する表面処理装置の構造について説明する。図1は、本発明の表面処理方法に用いることができる大気圧プラズマ装置の一例であり、装置全体を基材の流れる川幅方向に垂直な面で切った時の側面断面図である。ここで、図1における第1の電極ユニット(A)と第2の電極ユニット(B)は同構成のユニットであり、2段階連続プラズマ処理をするために並列に配置されている。また、図2は前記電極ユニットの要部拡大図である。   First, the structure of a surface treatment apparatus for realizing the surface treatment method according to the present invention will be described. FIG. 1 is an example of an atmospheric pressure plasma apparatus that can be used in the surface treatment method of the present invention, and is a side cross-sectional view of the entire apparatus cut by a plane perpendicular to the river width direction through which the substrate flows. Here, the first electrode unit (A) and the second electrode unit (B) in FIG. 1 are units having the same configuration, and are arranged in parallel to perform two-stage continuous plasma processing. FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the electrode unit.

図1に示す大気圧プラズマ装置において、上部電極ユニット3と下部電極ユニット4は所定の間隔をあけて互いに対向させて配置されており、上部電極ユニット3には高周波電源51が電力伝送路61,62により接続され、また、下部電極ユニット4には高周波電源51とは周波数が同じで位相の異なる高周波電源52が電力伝送路63,64により接続されている。上部電極ユニット3と下部電極ユニット4との間には、被処理基材31が設置され、基材搬送用ローラ24により基材31が所定の方向に所定の速度で搬送されるようになっている。また、2つの電極ユニット3、4および表面処理される被処理基材31は、上部チャンバ1、下部チャンバ2および上部電極カバー32によって囲まれる空間の内部にあり、上部チャンバ1と下部チャンバ2との間には、被処理基材31が通過可能な基材搬出入口36が基材進行方向の前後に設けられている。上部電極カバー3および下部チャンバ2には、ガス供給口21が設けられており、処理に必要な処理ガスが当該ガス供給口21から供給される。また、下部チャンバ2には、ガス排気口22が設けられており、ガス溜り23にあるガスを排出できる構造となっている。   In the atmospheric pressure plasma apparatus shown in FIG. 1, the upper electrode unit 3 and the lower electrode unit 4 are arranged to face each other with a predetermined interval, and a high-frequency power source 51 is connected to the power transmission path 61, the upper electrode unit 3. 62, and a high-frequency power source 52 having the same frequency and a different phase as the high-frequency power source 51 is connected to the lower electrode unit 4 through power transmission paths 63 and 64. A substrate 31 to be treated is installed between the upper electrode unit 3 and the lower electrode unit 4, and the substrate 31 is conveyed at a predetermined speed in a predetermined direction by the substrate conveying roller 24. Yes. The two electrode units 3, 4 and the substrate 31 to be surface-treated are inside a space surrounded by the upper chamber 1, the lower chamber 2 and the upper electrode cover 32, and the upper chamber 1, the lower chamber 2, In between, the substrate carrying-in / out port 36 through which the substrate 31 to be processed can pass is provided in the front and back in the substrate traveling direction. A gas supply port 21 is provided in the upper electrode cover 3 and the lower chamber 2, and a processing gas necessary for processing is supplied from the gas supply port 21. In addition, the lower chamber 2 is provided with a gas exhaust port 22 so that the gas in the gas reservoir 23 can be discharged.

図2において、上部電極ユニット3は、電圧印加側電極5、グランド側電極6、電圧印加側誘電体7およびグランド側誘電体8を含み、グランド側電極6は電力伝送路62により高周波電源51に接続され、電圧印加側電極5は、電力伝送路61により高周波電源51に接続されている。電圧印加側電極5は電圧印加側誘電体7により囲まれ、また、グランド側電極6の一部にはグランド側誘電体8が設けられており、これらの誘電体間には処理ガスが通過可能な間隔10が設けられ、当該間隔10において予備放電を行うことができる。また、電圧印加側電極5と上部電極カバー3との間には、ガス溜り9が設けられており、ガス供給口21から供給された処理ガスは、ガス溜り9に一旦溜められた後、ガス流路11を通ってガス噴出口12から間隔10を通過してプラズマ処理空間25に供給される。同様に、下部電極ユニット4は、電圧印加側電極13、グランド側電極14、電圧印加側誘電体15およびグランド側誘電体16を含み、電圧印加側電極13は電力伝送路63により高周波電源52に接続され、グランド側電極14は電力伝送路64により高周波電源52に接続されている。電圧印加側電極13は電圧印加側誘電体15により囲まれ、また、グランド側電極14の一部にはグランド側誘電体16が設けられており、これらの誘電体間には処理ガスが通過可能な間隔17が設けられ、当該間隔17において予備放電を行うことができる。また、電圧印加側電極13と下部チャンバ2との間には、ガス溜9が設けられ、ガス供給口21から供給された処理ガスは、ガス溜9に一旦溜められた後、ガス流路18を通ってガス噴出口19から間隔17を通過してプラズマ処理空間25に供給される。なお、電圧印加側電極5,13およびグランド側電極6,14には、冷却水流路20(図2中のメッシュパターン)がそれぞれ設けられており、矢印は処理ガス等の気体の流れ方向を示している。   In FIG. 2, the upper electrode unit 3 includes a voltage application side electrode 5, a ground side electrode 6, a voltage application side dielectric 7 and a ground side dielectric 8, and the ground side electrode 6 is connected to the high frequency power source 51 by a power transmission path 62. The voltage application side electrode 5 is connected to a high frequency power source 51 through a power transmission path 61. The voltage application side electrode 5 is surrounded by a voltage application side dielectric 7, and a ground side dielectric 8 is provided in a part of the ground side electrode 6, and a processing gas can pass between these dielectrics. An interval 10 is provided, and preliminary discharge can be performed at the interval 10. Further, a gas reservoir 9 is provided between the voltage application side electrode 5 and the upper electrode cover 3, and the processing gas supplied from the gas supply port 21 is once stored in the gas reservoir 9, and then the gas The gas passes through the flow path 11 from the gas outlet 12 and is supplied to the plasma processing space 25 through the interval 10. Similarly, the lower electrode unit 4 includes a voltage application side electrode 13, a ground side electrode 14, a voltage application side dielectric 15, and a ground side dielectric 16, and the voltage application side electrode 13 is connected to the high frequency power source 52 by a power transmission path 63. The ground-side electrode 14 is connected to the high-frequency power source 52 through a power transmission path 64. The voltage application side electrode 13 is surrounded by a voltage application side dielectric 15, and a ground side dielectric 16 is provided in a part of the ground side electrode 14, and a processing gas can pass between these dielectrics. A sufficient interval 17 is provided, and preliminary discharge can be performed in the interval 17. A gas reservoir 9 is provided between the voltage application side electrode 13 and the lower chamber 2, and the processing gas supplied from the gas supply port 21 is once stored in the gas reservoir 9, and then the gas flow path 18. Then, the gas is supplied from the gas outlet 19 through the interval 17 to the plasma processing space 25. The voltage application electrodes 5 and 13 and the ground electrodes 6 and 14 are each provided with a cooling water flow path 20 (mesh pattern in FIG. 2), and arrows indicate the flow direction of a gas such as a processing gas. ing.

次に、表面処理を行う際の手順/動作について、図1および図2を用いて説明する。
まず、マスフローメータ等により所定ガス種を所定比率で混合した処理ガスを、ガス供給口21より供給する。供給された処理ガスは、ガス溜り9で一旦紙面に対して垂直な方向に広がり、ガス溜り9より十分小さい断面積を持つスリット状またはシャワー状のガス流路11,18を通過して、ガス噴出口12,19から間隔10,17を経て被処理基材31に向けて噴き出される。一方、高周波電源51から出力された高周波電力は電力伝送路61を経由して電極5に、また高周波電源51と周波数は同じで位相の異なる高周波電源52から出力された高周波電力は電力伝送路63を経由して電極13にそれぞれ与えられる。これにより、電極5と電極13との間で電界が形成される。この電界により、間隔10,17より基材31に向けて噴出した処理ガスは、プラズマ処理空間25において、大気圧下でプラズマ化される。なお、本実施例における大気圧とは0.1気圧以上、2気圧以下の圧力範囲のことである。プラズマ処理空間25でプラズマ化された処理ガスと被処理基材31が接触/反応することにより、被処理基材31の表面に所望の表面処理がなされ、表面処理反応後の処理ガス(使用済みガス)はガス溜り23に一旦溜まったのち、排気口22を通って排気ポンプ等により除害装置へと導かれ、分解/除害されてから処理系外へ排出される。 被処理基材31に、さらに続けて第2段階の表面処理を実施する場合には、隣接する第2の電極ユニット(B)内を連続して搬送することにより、同様に第2段階の表面処理を実施する。
Next, procedures / operations in performing the surface treatment will be described with reference to FIGS.
First, a processing gas in which a predetermined gas type is mixed at a predetermined ratio by a mass flow meter or the like is supplied from the gas supply port 21. The supplied processing gas once spreads in a direction perpendicular to the paper surface in the gas reservoir 9, passes through slit-like or shower-like gas flow paths 11 and 18 having a cross-sectional area sufficiently smaller than that of the gas reservoir 9, and gas It ejects toward the to-be-processed base material 31 via the intervals 10 and 17 from the ejection ports 12 and 19. FIG. On the other hand, the high-frequency power output from the high-frequency power source 51 passes through the power transmission path 61 to the electrode 5, and the high-frequency power output from the high-frequency power source 52 having the same frequency and the same phase as the high-frequency power source 51 differs from the power transmission path 63. To each of the electrodes 13 via. Thereby, an electric field is formed between the electrode 5 and the electrode 13. By this electric field, the processing gas ejected toward the base material 31 from the intervals 10 and 17 is converted into plasma in the plasma processing space 25 under atmospheric pressure. In addition, the atmospheric pressure in a present Example is a pressure range of 0.1 atmosphere or more and 2 atmospheres or less. By contacting / reacting the processing gas plasmified in the plasma processing space 25 and the substrate to be processed 31, a desired surface treatment is performed on the surface of the substrate to be processed 31, and the processing gas after the surface treatment reaction (used) After the gas is once accumulated in the gas reservoir 23, it is led to an abatement device through an exhaust port 22 by an exhaust pump or the like, decomposed / detoxified, and then discharged out of the processing system. When the surface treatment of the second stage is further performed on the substrate 31 to be treated, the surface of the second stage is similarly obtained by continuously conveying the inside of the adjacent second electrode unit (B). Perform the process.

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明の効果は本実施例に限定されるものではない。
(実施例1〜3、比較例1〜5)
本実施例では、処理ガスとして4フッ化炭素/ヘリウム/窒素の混合ガスを用い、表1の実施例1〜3に示すようなガス種、ガス組成の条件で第1段階、および第2段階の表面処理を連続して行い、その撥液性を評価した。また、従来の比較例として、表1の比較例1〜5の条件で1段階だけの表面処理を行い、実施例と同様に撥液性を評価した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, the effect of this invention is not limited to a present Example.
(Examples 1-3, Comparative Examples 1-5)
In the present embodiment, a mixed gas of carbon tetrafluoride / helium / nitrogen is used as a processing gas, and the first stage and the second stage are performed under the conditions of gas types and gas compositions as shown in Examples 1 to 3 in Table 1. The surface treatment was continuously performed and the liquid repellency was evaluated. Moreover, as a conventional comparative example, the surface treatment of only one step was performed under the conditions of Comparative Examples 1 to 5 in Table 1, and liquid repellency was evaluated in the same manner as in the Examples.

なお、実施例および比較例における共通条件として、プラズマ処理空間25の間隔は、被処理基材31−上部電極ユニット3間2.3mm、被処理基材31−下部電極ユニット4間1mmとし、電力としては周波数20kHz、電極5−6間および電極13−14間にそれぞれ±9kVを付与した。また、被処理基材31には、カーボンブラック(以下、CB)を含有した有機膜が表面に形成された厚さ0.7mmのガラス基板を用い、該基板を1000mm/minの速度で搬送し、表面処理を行った。なお、処理ガスの総量は全実施例および比較例共通で、基材の川幅1cm当たり250ml/min.とした。   In addition, as a common condition in the examples and comparative examples, the interval of the plasma processing space 25 is 2.3 mm between the substrate 31 to be processed and the upper electrode unit 3, and 1 mm between the substrate 31 to be processed and the lower electrode unit 4. As the frequency, a frequency of 20 kHz, ± 9 kV was applied between the electrodes 5-6 and 13-14. In addition, a 0.7 mm thick glass substrate having an organic film containing carbon black (hereinafter referred to as CB) formed on the surface is used as the substrate 31 to be processed, and the substrate is conveyed at a speed of 1000 mm / min. Surface treatment was performed. The total amount of the processing gas is common to all Examples and Comparative Examples, and is 250 ml / min. It was.

また、撥液性の評価には微小領域接触角計を用い、滴下液としてはエーテル系溶剤を用いて接触角を評価した。測定条件としては、先端直径が30μmのキャピラリー(毛細管)を用いて前記溶剤を処理後の被処理基材表面に滴下/評価し、測定点3点の平均を該当試料の接触角とした。   Further, the microscopic contact angle meter was used for evaluating the liquid repellency, and the contact angle was evaluated using an ether solvent as the dropping liquid. As measurement conditions, a capillary (capillary) having a tip diameter of 30 μm was used to drop / evaluate the solvent onto the surface of the treated substrate, and the average of the three measurement points was used as the contact angle of the sample.

表1に各実施例および比較例の処理ガス条件と接触角の測定結果を示す。なお、処理前の被処理基材31表面の接触角は何れも10°以下であった。また、撥液性については、便宜上、接触角50°以上を撥液性の目安として、それ以上の場合を撥液性判定“○”、それ以下の場合を撥液性判定“×”として評価した。   Table 1 shows the processing gas conditions and contact angle measurement results for each example and comparative example. Note that the contact angle of the surface of the substrate 31 to be treated before the treatment was 10 ° or less. For liquid repellency, for the sake of convenience, a contact angle of 50 ° or more is used as a measure of liquid repellency. did.

Figure 2007087804
Figure 2007087804

従来の1段階だけの表面処理の結果についてみると、比較例1と4、あるいは比較例2と5の結果比較より、十分な撥液性表面を得るには処理ガス中の4フッ化炭素比率が5体積%以上必要であることがわかる。また、比較例2と3の結果比較より、4フッ化炭素/ヘリウムのみからなる処理ガスでは十分な撥液性が得られず、窒素が単なる希釈ガスとしての働きだけでなく、撥液性発現に対して重要な役割を果たしていることが明らかとなった。したがって、従来の1段階だけの表面処理による撥液化処理の場合、十分な撥液性を得るには、4フッ化炭素/ヘリウム/窒素を全て含み、かつ4フッ化炭素比率が5体積%以上、窒素比率が5体積%以上の処理ガスが必要であることがわかる。   As for the result of the conventional surface treatment of only one stage, the ratio of carbon tetrafluoride in the treatment gas is sufficient to obtain a sufficiently liquid-repellent surface as compared with the results of Comparative Examples 1 and 4 or Comparative Examples 2 and 5. It is understood that 5 vol% or more is necessary. Further, from the comparison of the results of Comparative Examples 2 and 3, the treatment gas consisting of only carbon tetrafluoride / helium does not provide sufficient liquid repellency, and nitrogen not only functions as a dilution gas but also exhibits liquid repellency. It has become clear that it plays an important role. Therefore, in the case of the conventional liquid repellency treatment by only one step, in order to obtain sufficient liquid repellency, all of carbon tetrafluoride / helium / nitrogen is included and the carbon tetrafluoride ratio is 5% by volume or more. It can be seen that a processing gas having a nitrogen ratio of 5% by volume or more is necessary.

これに対し、本発明に係る2段階表面処理を行った結果についてみると、実施例1、2に見られるように、ヘリウム/窒素のみからなる処理ガスを用いた第1段階の表面処理を行ったあと、引き続いてヘリウム/4フッ化炭素のみからなる処理ガスを用いた第2段階の表面処理を行った場合、第2段階の表面処理に用いる処理ガス中の4フッ化炭素比率を1体積%まで低減しても十分な撥液性が得られることがわかった。また、実施例3の結果からは、第1段階の処理ガス中の窒素比率を5体積%まで低減しても、撥液性は低下しないことがわかった。   On the other hand, regarding the result of the two-stage surface treatment according to the present invention, as seen in Examples 1 and 2, the first-stage surface treatment using a treatment gas composed of only helium / nitrogen is performed. After that, when the second stage surface treatment is subsequently performed using the treatment gas consisting of only helium / 4-carbon fluoride, the volume of the carbon tetrafluoride in the treatment gas used for the second stage surface treatment is 1 volume. It was found that sufficient liquid repellency can be obtained even when the content is reduced to%. Further, from the results of Example 3, it was found that the liquid repellency was not lowered even when the nitrogen ratio in the first stage processing gas was reduced to 5% by volume.

(実施例4〜6)
次に、第1、第2の表面処理に関して、被処理基材表面が直接該プラズマに晒されるかどうかによる影響について検討を行った。前記表面処理方法が被処理基材表面が直接プラズマに晒される“ダイレクト方式”であるのに対して、前記表面処理手順において下部電極ユニット4への電力供給を行わない場合は、前記間隔10、17での予備放電によりプラズマ化された活性種が被処理基材表面に到達して表面処理が行われる“リモート方式”となる。実施例4〜6では、第1および第2段階の表面処理を表2に示すような組合せで連続して行い、その撥液性および表面粗度を評価した。
なお、その他の条件に関しては、全て実施例3と同様とした。
(Examples 4 to 6)
Next, regarding the first and second surface treatments, the effect of whether the surface of the substrate to be treated was directly exposed to the plasma was examined. Where the surface treatment method is a “direct method” in which the surface of the substrate to be treated is directly exposed to plasma, but when the power supply to the lower electrode unit 4 is not performed in the surface treatment procedure, the interval 10, In the “remote method”, the active species converted into plasma by the preliminary discharge at 17 reaches the surface of the substrate to be treated and the surface treatment is performed. In Examples 4-6, the surface treatment of the 1st and 2nd step was continuously performed by the combination as shown in Table 2, and the liquid repellency and surface roughness were evaluated.
The other conditions were all the same as in Example 3.

また、表面粗度については、AFM(原子間力顕微鏡)を用いてRms(表面平均二乗粗さ)を測定して3ポイント測定し、その平均値で評価した。
表2に各実施例の接触角および表面粗度の評価結果を示す。なお、表2には比較例として実施例3の結果についても示した。
Moreover, about surface roughness, Rms (surface mean square roughness) was measured using AFM (atomic force microscope), 3 points | pieces were measured, and the average value evaluated.
Table 2 shows the evaluation results of the contact angle and surface roughness of each example. Table 2 also shows the results of Example 3 as a comparative example.

Figure 2007087804
Figure 2007087804

これより、第1、および第2段階の表面処理をともに“ダイレクト方式”で行った場合に比べて、いかなる組合せの場合も大きな接触角の低下は見られず、十分な撥液性表面が得られていることがわかる。ただし、表面粗度の評価結果より、第2段階の表面処理を“リモート方式”で行った場合の方が、最終的な被処理基材表面の表面粗さは低く抑えられており、かつ高い撥液性が得られている。これより、表面処理後に成膜する薄膜等に与える影響を考慮すると、第1段階の表面処理を“ダイレクト方式”で、さらに第2段階の表面処理を“リモート方式”で行うことがより好ましいことがわかる。   As a result, compared to the case where both the first and second stage surface treatments are performed by the “direct method”, the contact angle is not greatly reduced in any combination, and a sufficient liquid repellent surface is obtained. You can see that However, from the evaluation result of the surface roughness, the surface roughness of the final substrate surface to be treated is lower and higher when the second stage surface treatment is performed by the “remote method”. Liquid repellency is obtained. Therefore, considering the influence on the thin film to be formed after the surface treatment, it is more preferable to perform the first stage surface treatment by the “direct method” and the second stage surface treatment by the “remote method”. I understand.

以上の結果から、本発明に係る2段階の表面処理を行うことにより、処理ガス中における4フッ化炭素比率を従来の1/5まで低減しても、従来の1段階のみの表面処理の場合と同様の撥液性表面を得ることが可能となることがわかった。このことから、本発明にかかる2段階の表面処理を行うことにより、処理ガス中で最も高価かつ環境負荷の大きいフッ素含有化合物ガスの必要使用量を従来の1/5まで低減することが可能となり、その結果として、同一撥液化処理におけるプロセスランニングコストや除害設備導入等にかかる設備コストを大きく低減することができる。   From the above results, even when the ratio of carbon tetrafluoride in the process gas is reduced to 1/5 of the conventional gas by performing the two-stage surface treatment according to the present invention, the conventional one-stage surface treatment is performed. It was found that a liquid-repellent surface similar to that can be obtained. From this, by performing the two-step surface treatment according to the present invention, it becomes possible to reduce the required amount of the fluorine-containing compound gas, which is the most expensive and the largest environmental load among the processing gases, to 1/5 of the conventional amount. As a result, the process running cost in the same lyophobic treatment and the equipment cost for introducing the abatement equipment can be greatly reduced.

なお、本実施例においては、基材表面を撥液化するプラズマを発生させるための処理ガスにフッ素含有化合物/ヘリウム/窒素の混合ガスを用い、そのうちフッ素含有化合物ガスとしては4フッ化炭素(CF4)を用いたが、前記フッ素含有化合物ガスとしては、他に6フッ化炭素(C26)、6フッ化プロピレン(CF3CFCF2)、8フッ化シクロブタン(C48)等のフッ素−炭素化合物や、1塩素3フッ化炭素(CClF3)等のハロゲン−炭素化合物、6フッ化硫黄(SF6)等のフッ素−硫黄化合物が挙げられる。ただし、安全上の観点から、有害ガスであるフッ化水素を生成しない4フッ化炭素、6フッ化プロピレン、8フッ化シクロブタンを用いることが好ましい。 In the present embodiment, a mixed gas of fluorine-containing compound / helium / nitrogen is used as a processing gas for generating plasma that makes the substrate surface lyophobic, of which carbon tetrafluoride (CF) is used as the fluorine-containing compound gas. 4 ), but other fluorine-containing compound gases include carbon hexafluoride (C 2 F 6 ), propylene hexafluoride (CF 3 CFCF 2 ), and octafluorocyclobutane (C 4 F 8 ). Fluorine-carbon compounds, halogen-carbon compounds such as 1 chlorine trifluoride (CClF 3 ), and fluorine-sulfur compounds such as sulfur hexafluoride (SF 6 ). However, from the viewpoint of safety, it is preferable to use carbon tetrafluoride, propylene hexafluoride, or cyclobutane octafluoride that does not generate hydrogen fluoride, which is a harmful gas.

また、本実施例においては、基材としてCB含有有機膜が表面に形成された厚さ0.7mmのガラス基板を用いたが、これは本発明の適用範囲を限定するものではなく、これ以外にも染料や顔料を含有した有機膜、プラスチックなどに対してもその基本的な効果に変わりはない。他の基材としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、アクリル樹脂のプラスチック、ガラス、セラミック、金属等が挙げられる。   In this example, a glass substrate having a thickness of 0.7 mm with a CB-containing organic film formed on the surface was used as a base material. However, this does not limit the scope of application of the present invention. In addition, the basic effects of organic films and plastics containing dyes and pigments remain unchanged. Other substrates include polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polytetrafluoroethylene, acrylic resin plastic, glass, ceramic, metal, and the like.

また、基材の形状としては、他に板状、フィルム状等のものが挙げられるが、本発明の効果は、特にこれらに限定されるものではなく、プラズマ処理空間に置くことができれば任意とすることが可能である。
さらに、いずれの実施例においてもエーテル系の溶剤を用いて撥液性評価を行ったが、これについても本発明の適用範囲を限定するものではなく、本質的に液体であれば水であろうと、アルコールであろうとその程度には差があるものの撥液効果については変わりはない。また、表面処理装置に関しても、本実施例で示したような電極形態に限定するものではなく、いかなる電極形状を有する表面処理装置であっても、本発明の示す本質的な効果については何ら変わりがない。
In addition, examples of the shape of the substrate include plates and films, but the effect of the present invention is not particularly limited thereto, and may be arbitrary as long as it can be placed in the plasma processing space. Is possible.
Furthermore, in any of the examples, the liquid repellency was evaluated using an ether solvent, but this does not limit the scope of the present invention, and if it is essentially a liquid, it would be water. Even if it is alcohol, the degree of liquid repellency is the same, although there are differences. Further, the surface treatment apparatus is not limited to the electrode form as shown in the present embodiment, and the essential effect of the present invention is not changed in any surface treatment apparatus having any electrode shape. There is no.

今回、開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではなく、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect, and the scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and the claims It is intended that all changes within the meaning and scope equivalent to be included.

本発明の表面処理方法に用いることができる装置の断面図である。It is sectional drawing of the apparatus which can be used for the surface treatment method of this invention. 図1に記載の装置の、電極ユニット部の主要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of the electrode unit part of the apparatus described in FIG. 従来の表面処理方法に用いる装置の断面図である。It is sectional drawing of the apparatus used for the conventional surface treatment method.

符号の説明Explanation of symbols

(A)第1の電極ユニット
(B)第2の電極ユニット
1 上部チャンバ
2 下部チャンバ
3 上部電極ユニット
4 下部電極ユニット
5,13 電圧印加側電極
6,14 グランド側電極
7,15 電圧印加側誘電体
8,16 グランド側誘電体
9、23 ガス溜り
10,17 間隔
11,18 ガス流路
12,19 ガス噴出口
20 冷媒
21 ガス供給口
22 ガス排気口
24 基材搬送用ローラ
25 プラズマ処理空間
31 基材
32 上部電極カバー
36 基材搬出入口
51,52 高周波電源
61,62,63,64 電力伝送路
110 高電圧パルス電源
111 直流電源
113 放電プラズマ発生空間
114 上部電極
115 下部電極
116 固体誘電体
117 基材
118 ガス導入口
119 希釈ガス導入口
112 パイレックス(登録商標)製ガラス容器
120,121 ガス排出口
(A) First electrode unit (B) Second electrode unit 1 Upper chamber 2 Lower chamber 3 Upper electrode unit 4 Lower electrode unit 5, 13 Voltage application side electrode 6, 14 Ground side electrode 7, 15 Voltage application side dielectric Body 8, 16 Ground side dielectric 9, 23 Gas reservoir 10, 17 Interval 11, 18 Gas flow path 12, 19 Gas outlet 20 Refrigerant 21 Gas supply port 22 Gas exhaust port 24 Base material transport roller 25 Plasma processing space 31 Substrate 32 Upper electrode cover 36 Substrate carry-in / out port 51, 52 High frequency power supply 61, 62, 63, 64 Power transmission path 110 High voltage pulse power supply 111 DC power supply 113 Discharge plasma generation space 114 Upper electrode 115 Lower electrode 116 Solid dielectric 117 Base material 118 Gas introduction port 119 Dilution gas introduction port 112 Pyrex (registered trademark) Manufacturing glass containers 120 and 121 gas discharge port

Claims (9)

互いに対向する一対の電極間に電界を形成し、前記電界が形成される空間に流れる処理ガスをプラズマ化する工程と、該プラズマにより被処理基材表面を撥液化する表面処理工程とを含み、前記表面処理工程が第1および第2段階の表面処理から構成され、各段階の表面処理に用いられる処理ガスが互いに異なるガス種あるいはガス組成よりなることを特徴とする表面処理方法。   Including a step of forming an electric field between a pair of electrodes facing each other, converting the processing gas flowing in a space in which the electric field is formed into plasma, and a surface treatment step of making the surface of the substrate to be processed liquid-repellent by the plasma, The surface treatment method is characterized in that the surface treatment step comprises first and second stage surface treatments, and the treatment gases used for the respective stage surface treatments comprise different gas species or gas compositions. 前記表面処理工程が、大気圧近傍の圧力の下で行われることを特徴とする請求項1に記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to claim 1, wherein the surface treatment step is performed under a pressure near atmospheric pressure. 第1段階の表面処理に用いられる処理ガスがヘリウムガスと窒素ガスからなり、第2段階の表面処理に用いられる処理ガスがヘリウムガスとフッ素含有化合物ガスからなることを特徴とする請求項1および2のいずれかに記載の表面処理方法。   The process gas used for the first stage surface treatment is made of helium gas and nitrogen gas, and the process gas used for the second stage surface treatment is made of helium gas and a fluorine-containing compound gas. 3. The surface treatment method according to any one of 2. 第1段階の表面処理に用いられる処理ガスが窒素ガスを5体積%以上含み、第2段階の表面処理に用いられる処理ガスがフッ素含有化合物ガスを1体積%以上含むことを特徴とする請求項3に記載の表面処理方法。   The processing gas used for the first stage surface treatment contains 5% by volume or more of nitrogen gas, and the processing gas used for the second stage surface treatment contains 1% by volume or more of fluorine-containing compound gas. 4. The surface treatment method according to 3. 第1段階の表面処理は、被処理基材表面が直接プラズマに晒されるダイレクト方式により行われ、第2段階の表面処理は、被処理基材表面が直接プラズマに晒されないリモート方式により行われることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の表面処理方法。   The first stage surface treatment is performed by a direct method in which the surface of the substrate to be treated is directly exposed to plasma, and the second stage surface treatment is performed by a remote method in which the surface of the substrate to be treated is not directly exposed to plasma. The surface treatment method according to claim 1, wherein: 第1と第2の表面処理部を備え、各表面処理部は、互いに対向する一対の電極間に電界を形成し、前記電界が形成される空間に流れる処理ガスをプラズマ化し、該プラズマにより被処理基材表面を撥液化する表面処理部からなり、前記各表面処理部に導入される処理ガスが互いに異なるガス種あるいはガス組成よりなることを特徴とする表面処理装置。   First and second surface treatment sections are provided, each surface treatment section forms an electric field between a pair of electrodes facing each other, and plasma is formed from the processing gas flowing in the space where the electric field is formed. A surface treatment apparatus comprising a surface treatment section for making a treated substrate surface lyophobic, wherein treatment gases introduced into the respective surface treatment sections are composed of different gas types or gas compositions. 前記各表面処理部は、大気圧近傍の圧力の下で被処理基材表面を撥液化することを特徴とする請求項6に記載の表面処理装置。   The surface treatment apparatus according to claim 6, wherein each of the surface treatment units repels the surface of the substrate to be treated under a pressure near atmospheric pressure. 第1の表面処理部に用いられる処理ガスがヘリウムガスと窒素ガスからなり、第2の表面処理部に用いられる処理ガスがヘリウムガスとフッ素含有化合物ガスからなることを特徴とする請求項6および7のいずれかに記載の表面処理装置。   The process gas used for the first surface treatment section is made of helium gas and nitrogen gas, and the process gas used for the second surface treatment section is made of helium gas and a fluorine-containing compound gas. The surface treatment apparatus according to any one of 7. 第1の表面処理部は、被処理基材表面が直接プラズマに晒されるダイレクト方式を採用し、第2の表面処理部は、被処理基材表面が直接プラズマに晒されないリモート方式を採用することを特徴とする請求項6から8のいずれかに記載の表面処理装置。   The first surface treatment unit adopts a direct method in which the surface of the substrate to be treated is directly exposed to plasma, and the second surface treatment unit adopts a remote method in which the surface of the substrate to be treated is not directly exposed to plasma. The surface treatment apparatus according to any one of claims 6 to 8.
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